Электровелосипед

Электрический велосипед – это велосипед, отличающийся наличием трех ключевых элементов: электродвигатель (частично или полностью обеспечивающий перемещение), аккумуляторная батарея и контроллер. Такой велобайк может приводиться в движение как электрической составляющей, так и педалями, а его облуживание и эксплуатация осуществляется практически по той же схеме, что и в случае с обычными «двухколесниками» (естественно, с определенными нюансами).

Электровелосипеды – универсальный транспорт, который хорошо подходит в качестве средства передвижения для широкого круга потребителей с различным уровнем физической подготовки, поскольку позволяют дозировать нагрузку на организм.

Стоит отметить, что для катания на е-байках не требуется наличия водительского удостоверения или номерного знака, но только если мощность их двигателей не превышает 250 Вт (0.34 лошадиные силы) – в таком случае подобные «двухколесники» в соответствии с законодательством приравниваются к обычным самокатам и велосипедам… Если же транспортное средство имеет электромотор с потенциалом свыше 250 Вт (но не более 4000 Вт (5.44 л.с.)), то оно уже считается мопедом – для управления им необходимы права категории M (хотя подойдет и другая открытая категория – например, A или B)…

Достоинства и недостатки

Вообще, электровелосипеды могут похвастать целым рядом принципиальных преимуществ, среди которых:

• в отличие от обычных «двухколесников», они позволяют кататься по различным дорогам (в том числе – с крутыми подъемами) и на большие расстояния даже людям с низким уровнем физической подготовки;
• современные электровелосипеды имеют длительный срок службы и способны выполнять роль повседневного городского транспорта, поскольку демонстрируют солидный запас хода;
• «насыщение» аккумуляторов происходит от обычной бытовой сети, а в случае полного расходования электроэнергии возможно передвижение с использованием педального привода;
• в городских условиях «е-байки» обладают сопоставимой, с другими видами транспорта, скоростью, но при этом способны похвастать куда более низкими энергетическими и экономическими затратами, а также значительно меньшим воздействием на окружающую среду;
• по сравнению, например, с мотоциклами и легковушками, электровелосипеды требуют гораздо меньшего количества места для парковки и хранения (они могут быть размещены даже в квартире).

Однако при столь немалом количестве положительных качеств, у электрических байков также хватает и недостатков, самые заметные из которых:

• заметно более высокая стоимость по сравнению с обычными «двухколесниками»;
• высокая масса (как правило, от 20 кг и больше), затрудняющая не только транспортировку «е-байков», но также делающая их более сложными в управлении и педалировании (чем обычные велосипеды);
• длительный процесс зарядки (занимающий обычно от четырех до шести часов).

Историческая справка. Идея установки на велосипеды двигателей взяла свое начало в конце XIX века (то есть немногим позже создания такого двухколесного транспорта в целом) – так 31 декабря 1895 года инженер Огден Болтон (младший) получил в США патент на байк с «модульным моторизированным электрическим колесом с концентратом для установки на велосипеды», что дало толчок к развитию неизвестного доселе понятия «электрический велосипед»…

Спустя два года американский изобретатель Осия У. Либби спроектировал е-байк с парой аккумуляторов, приводящийся в движение посредством «двойного электродвигателя», который был установлен в ступице педального узла…

В ноябре 1898-го Мэтью Джей Стеффенс запатентовал электровелосипед с ременным приводом, расположенным вдоль внешнего края заднего колеса, а уже в следующем году Джон Шнепф изобрел роликовый электромотор, направлявший тягу на заднее колесо…

После этого электробайки на продолжительное время «ушли в затишье», а вновь данная тема «всплыла» уже в 1940-х годах…

Так в 1946-м Джесси Такер явил миру «двухколесник», оснащенный двигателем с внутренними зубчатыми передачами и муфтой свободного хода, тем самым получив патент на одну из наиболее значимых функций для подобного транспорта – возможность вращения педалей вне зависимости от работы силовой установки…

Еще через два года С. Арджирис изобрел электровелосипед, укомплектованный цепным электромотором…

В дальнейшем было создано немало всевозможных конструкций и типов «е-байков», но лишь в 1990-х годах (с развитием бытовой электроники и компактных аккумуляторов) они смогли «громко заявить о себе»: например, в 1992-м компанией Zike был впервые запущен массовый выпуск электрических велосипедов, а в 1998 году на мировом рынке присутствовало уже порядка полусотни серийных «двухколесников» на электротяге…

Ну а в начале XXI века производители пошли дальше – вдобавок к заводским электровелосипедам они предложили так называемые готовые наборы или комплекты, позволяющие переоборудовать любой велосипед в «е-байк»…

Классификация

Электрические велосипеды можно классифицировать по нескольким параметрам, и один из них – предназначение, ведь «электрификации» подвергаются «двухколесники» различных классов (в результате они отличаются друг от друга определенными техническими особенностями – мощность силовой установки, емкость аккумулятора, «дальнобойность» и т.д.):

• Складные – они, как правило, больше используются в городских условиях, поэтому здесь основополагающим параметром являются небольшие габариты (для удобства хранения в условиях ограниченного пространства или перевозки в различных видах транспорта). Еще одно не менее важное требование – оптимальное соотношение производительности и компактности связки «электродвигатель-аккумулятор»: подобные «двухколесники» хоть и эксплуатируются преимущественно в спокойном темпе, но зачастую применяются для каждодневных поездок на работу, по магазинам или велопрогулок, отчего должны обладать неплохим запасом хода.
• Трехколесные (грузовые) – такие «е-байки» предназначены, в первую очередь, для неспешного катания по дорогам с хорошим покрытием или транспортировки различных грузов, отчего размеры и вес в данном случае отходят на второй план (но это делает их менее привлекательными для горожан, живущих в многоэтажных домах и не имеющих собственных гаражей). Вследствие этого они нуждаются в достаточно мощном двигателе (способном тянуть не только сам велосипед, но и наездника с грузом) и, соответственно, батарее с высокой емкостью (для обеспечения нормальной «дальнобойности»).
• Дорожные – такие электровелосипеды обычно эксплуатируются в городской среде или на шоссе (то есть преимущественно по асфальтированным или ровным грунтовым дорогам), поэтому для них ключевыми способностями считаются возможность движения на относительно высоких скоростях и на достаточно большие расстояния.
• Горные – стихией маунтинбайков является, в первую очередь, пересеченная местность, которая может изобиловать различными препятствиями (в том числе – углублениями и горами). Подобные велосипеды оборудуют электроприводом с целью облегчения подъемов, отчего главенствующее требование для двигателя – «высокая тяга», обеспечивающая помощь при движении «в горку».

Помимо этого, «е-байки» можно разделить и по другому принципу, но уже на две большие категории – фабричные и самодельные:

Фабричные электровелосипеды

Это «электрифицированные железные кони», которые разработаны и собраны в заводских условиях. Для такого транспорта характерны: специфичный дизайн (выделяющий его на фоне «стандартных собратьев»), специальные рамы с креплением для батарей (частенько последние и вовсе – «прячутся» внутри трубчатой конструкции рам) и ряд других технических особенностей.

Заводские «е-байки положительно выделяются на фоне самодельных прежде всего тем, что они изначально проектируются под установку электропривода, отчего отличаются более высокой надежностью и лучшими «ходовыми» характеристиками, а также обладают гарантией.

Но их цена может отпугнуть многих – это, пожалуй, чуть ли не единственный недостаток подобных велосипедов.

Самодельные электровелосипеды

Велосипеды оснащаемые электроприводом кустарным способом имеют в основе обычный велобайк, который комплектуется всеми необходимым электрокомпонентами. Как правило, все составляющие для переоборудования традиционного «двухколесника» в электрический приобретаются готовыми комплектами (двигатель, батарея, контроллер и зарядное устройство), позволяющими без особого труда совершить модернизацию своими руками даже технически неподготовленным велолюбителям.

Безусловно, такие «е-байки» выгоднее заводских с финансовой точки зрения, поскольку не требуют серьезных проектировочных работ и разработки специальных узлов, но по остальным параметрам – куда менее привлекательные:

• по большей части у них неэстетичный внешний вид,
• низкая надежность,
• более высокий вес,
• худшая устойчивость на дороге («своими руками» крайне сложно сделать идеальную развесовку)
  … и многое другое.

Компонентная база

Как уже было сказано в начале, электровелосипеды отличаются от стандартных «собратьев» тремя основными компонентами – двигатель, аккумулятор и контроллер.

Двигатель и привод

Современные е-байки оснащаются четырьмя типами электропривода

Мотор-колесо – наиболее популярный вариант. В данном решении двигатель интегрируется непосредственно в колесо (возможно как как в переднее, так и в заднее) вместо втулки – такая компоновка позволяет с минимальными затратами переоборудовать практически любой «двухколесник» на электротягу, лишь немного нарушая гармоничность внешнего вида.

Мотор-колеса подразделяются на два вида – редукторные и безредукторные:

• в первом случае в корпусе электропривода скрывается силовая установка с высокой частотой вращения и небольшим крутящим моментом,
• а во втором – низкооборотистый агрегат с высокой тягой, вращающий колесо напрямую.

Имеются между ними и другие принципиальные отличия:

• редукторные мотор-колеса более компактны, технологичны и дешевы,
• а безредукторные – обладают большими размерами и массой, но при этом ощутимо надежнее.

Мотор-колеса могут похвастать целым рядом положительных качеств: низкий уровень шума при работе электродвигателя; минимальное вмешательство в дизайн велосипеда; возможность легкой «электрификации» практически любого байка; совместимость с большинством современных «двухколесников».

Самый явный недостаток такой конструкции – заметное утяжеление велосипеда и, соответственно, нарушение баланса.

Кареточный электропривод – второй по распространенности вариант перевода байков на «зеленую» тягу. Его суть заключается в следующем – механическая энергия мотора направляется непосредственно на ось каретки, фактически «заменяя ноги» велосипедиста. Такое решение может использоваться на многоскоростных велосипедах, тем самым сохраняя управление крутящим моментом и передаточным отношением.

Основные достоинства кареточного электропривода – установка вне колес и возможность смены передач при езде на электротяге.

Хватает у него и недостатков:

• высокая стоимость; ограниченная производительность;
• совместимость не со всеми «железными конями»;
• невысокая надежность (из-за сложной конструкции).

Электропривод с ременной или цепной передачей крутящего момента – данный вариант используется исключительно на бюджетных моделях велосипедов и подразумевает установку на двух- или трехколесный транспорт недорогих коллекторных моторов, обычно дополняемых свинцовыми аккумуляторами. Такой тип «электрификации» байков пользуется популярностью у «Кулибиных», которые умудряются оснащать своих «железных коней» электродвигателями от различной бытовой и автомобильной техники (например, от стиральных машин, дрелей, газонокосилок, стеклоочистителей автомобиля и т.п.).

Главное и, наверное, единственное достоинство ременного/цепного электропривода – доступная цена.

В остальном же идут сплошные недостатки:

• высокий уровень шума;
• не самый привлекательный внешний вид;
• сложность воплощения из-за необходимости использования специального инструмента (например, сварки);
• посредственный КПД;
• низкая надежность.

Фрикционный электропривод – редко встречающаяся и малоэффективная схема «электрификации» велосипедов, которая подразумевает крепление силового агрегата над колесом, когда крутящий момент поставляется с вала двигателя непосредственно на покрышку.

Основное преимущество данного решения – легкая установка, не требующая каких-либо специальных навыков или разборки «двухколесника».

К его отрицательным качествам относятся:

• низкая производительность;
• проскальзывание ролика при больших нагрузках и в дождливую погоду;
• быстрый износ покрышек.

Велопроизводители, имеющие в своих рядах «е-байки», обычно закупают электрические компоненты у сторонних именитых компаний, таких как: Bosch, Shimano, Suntour, Brose, Bafang, Samsung и многих других…

Выпуском комплектов для самостоятельной «электрификации» велосипедов (где ключевым компонентом можно считать двигатель) занимается большое количество компаний со всего мира (в том числе – российских), но особенно преуспели в этом деле китайцы – именно в Поднебесной базируются такие фирмы, как Bafang, DDK, MXUS, Yoch, Golden Motor (и это далеко не полный перечень), которые специализируются не только на мотор-колесах, но и на кареточных электроприводах.

Аккумулятор

Одной из важнейших составляющих любого электровелосипеда являются аккумуляторы, которые крепятся на несущей системе или багажнике (в специальном контейнере), а на некоторых моделях интегрируются в раму.

Они также бывают нескольких видов:

Li-ion. Первый и наиболее популярный вариант – литий-ионные батареи, используемые на подавляющем количестве современных «е-байков». Они представляют собой электроды (катодный материал на алюминиевой фольге и анодный материал на медной фольге), помещенные в герметичный корпус и разделенные между собой пористым сепаратором, который пропитан электролитом.

Такие аккумуляторы способны похвастать небольшими размерами и малым весом, но при этом имеют внушительную удельную емкость и короткое время зарядки.

Но при всех своих явных достоинствах, обладают они и серьезными недостатками:

• невозможность использования при отрицательных температурах;
• высокое внутреннее сопротивление (это не позволяет применять их с мощными моторами);
• риск возгорания при неблагоприятных условиях.

Lead–acid (AGM). Свинцовые (гелевые) аккумуляторы – самый распространенный вид батарей для электровелосипедов, который в последние годы постепенно утрачивает позиции. Принцип их работы основан на электрохимических реакциях диоксида свинца и свинца в абсорбированном стекловолокном (у гелевых моделей – силикагелем) электролите.

К плюсам подобных аккумуляторов относятся низкая стоимость и способность функционирования даже при отрицательных температурах (но с потерей емкости), а к минусам – большая масса, длительный процесс «насыщения» и малое количество циклов зарядки.

LiFePO₄. Еще один вариант – литий-железо-фосфатные аккумуляторы, которые в целом конструктивно повторяют литий-ионных «собратьев», отличаясь от них лишь другим химическим элементом в качестве катода.

Такие батареи «щеголяют»:

• большим сроком службы (более 2000 циклов),
• возможностью быстрой зарядки,
• высокой постоянной мощностью отдачи,
• хорошей безопасностью (они не горючи),
• а также могут эксплуатироваться в морозы (до –20 градусов по Цельсию).

Но и в их активе присутствуют и отрицательные моменты, а именно:

• меньшая удельная емкость (нежели у литий-ионных аккумуляторов);
• приличная масса;
• высокая стоимость.

Контроллер

Последним компонентом, без которого невозможно представить современный электровелосипед, является контроллер – это электронное устройство, управляющее работой электровелосипеда и выполненное, как правило, в виде помещенной в алюминиевой корпус платы, из которой выводятся кабели с контактными разъемами.

На него возложен ряд важных функций, среди них:

• подача тока на электродвигатель от аккумулятора;
• отслеживание заряда батареи;
• поддержание постоянной скорости при использовании электротяги;
• зарядка аккумуляторов при торможении…
  (и это далеко не полный перечень возможностей)

Контроллеры могут отличаться друг от друга большим количеством параметров:

• рабочим напряжением (от 24 вольт и больше);
• количеством датчиков Холла;
• наличием или отсутствием круиз-контроля, датчиков от педалей и системы рекуперации;
• возможностью (или невозможностью) подключения к другим аналогичным устройствам…

Выбор

Вообще, выбор электровелосипеда для взрослого райдера – задача не из легких. Ведь первым делом необходимо определиться – для каких целей покупается «е-байк», так как от этого будут зависеть практически все его ключевые характеристики: конструкция, мощность, «дальнобойность» и т.д… Ведь, например, от производительности электродвигателя зависят динамические характеристики, а от типа и емкости батареи – общий вес «двухколесника» и его пробег на одной зарядке.

• если электрический велосипед приобретается для велопрогулок в городской среде и по ровным дорогам, то наиболее оптимальным вариантом станет складная модель;
• для поездок на работу или велопутешествий лучше подойдут прогулочные или дорожные «железные кони» с большими колесами и цельной рамой;
• «любителей острых ощущений» удовлетворят маунтинбайки с амортизирующими элементами и многоскоростной трансмиссией.

В остальном нюансы выбора электровелосипеда совпадают с рекомендациями по выбору обычного велосипеда.

Если брать во внимание другие возрастные категории, то на российском рынке как таковые электровелосипеды для детей практически не предлагаются, как и для подростков (но для последних неплохо подходят «взрослые модели» с компактной рамой и колесами размерностью от 16 до 20 дюймов).

В настоящее время электрические модели «двух- и трехколесников» присутствуют в рядах большинства крупных производителей велотехники, однако некоторые из них выпускают «е-байки» лишь «для галочки», другие уделяют им особое внимания, а часть и вовсе – специализируются преимущественно на подобных велосипедах (которые, кстати, пользуются растущей популярностью во многих странах мира – в общем-то их и можно считать «лучшими»):

Eltreco

Велостроитель из России, занимающийся разработкой, производством (на заводах в Южной Корее и Китае) и продажей широкого ассортимента электровелосипедов практически всех классов под различные потребности: горные, городские, дорожные, складные, трехколесные (грузовые), женские и другие…

Причем его модельная гамма состоит исключительно из «е-байков» (конечно, если игнорировать другие виды электрического транспорта), которые нацелены на широкую целевую аудиторию за счет надежности, приспособленности к российским реалиями эксплуатации и относительно доступной стоимости.

В настоящее время Eltreco занимает очень высокие позиции на рынке России в сегменте электрических велосипедов, охватывая более 80% от его доли.

По большей части компания выпускает «бюджетные» модели электробайков, которые имеют стальную или алюминиевую раму и навесное оборудование различных мировых брендов (Shimano, Kenda, Zoom, KS и прочие).

Что касается электрической «начинки», то отечественные электровелосипеды оснащаются современными электродвигателями мощностью до 500 Вт (0.68 л.с.) и литий-ионными аккумуляторами, обеспечивающими им максимальную скорость в среднем на уровне 25-35 км/ч и неплохую «дальнобойность» (как правило, не более 60 км на одной зарядке).

Xiaomi

Китайская компания, хорошо известная в области мобильных гаджетов и «умных» устройств, которая также специализируется на разработке, выпуске и реализации электровелосипедов, пользующихся популярностью во многих странах мира… И это несмотря на то, что палитра велостроителя из Поднебесной состоит всего из нескольких моделей (пара из них – со складной рамой) – предназначенных сугубо для эксплуатации в городской среде по дорогам с хорошим покрытием.

К сильным сторонам «е-байков» Xiaomi можно отнести:

• неординарный дизайн (действительно выделяющий их на фоне других «двухколесников»),
• инновационную технику (электродвигатели мощностью до 250 Вт и литий-ионные батареи Panasonic и Samsung),
• а также возможность синхронизации со смартфонами с помощью специального приложения.

Эти электровелосипеды из Поднебесной могут развивать скорость до 25 км/ч, преодолевая на одной зарядке до 50 км пути (причем «насыщение» аккумуляторов от обычной розетки занимает не более четырех часов).

Имеются у них и определенные недостатки:

• внешность, при всей своей необычности, не каждому придется по вкусу;
• скудный модельный ряд;
• высокая стоимость.

Cube

Это всемирно известный немецкий велопроизводитель, который выпускает широчайшую гамму велосипедов различных классов (в том числе – для профессиональных спортсменов)… Однако только лишь традиционными «двухколесниками» компания свою деятельность не ограничивает и также предлагает большое разнообразие байков с электронной «начинкой»: горные хардтейлы и двухподвесы, а также городские, дорожные и туристические модели.

Таким образом немецкие «е-байки» рассчитаны на широкую целевую аудиторию – начиная от простых людей (предпочитающих неспешные и комфортные велопрогулки) и заканчивая высококлассными райдерами (выступающими в экстремальных спортивных дисциплинах).

На свои электрические велосипеды компания Cube устанавливает исключительно электродвигатели и литий-ионные аккумуляторы фирмы Bosch – что делает их достаточно дорогими.

Но хватает у электробайков марки и положительных качеств – привлекательный дизайн, современная и надежная «начинка», хорошие «ездовые» характеристики и многое другое.

Pedego

Американский производитель электровелосипедов (один из крупнейших в своей стране), который специализируется на выпуске и продаже «е-байков» различных классов по всему миру (более чем в 40 странах)… Модельная гамма данной компании объединяет горные (в том числе – повышенной проходимости), городские, дорожные и трехколесные модели, нацеленные на широкую массу населения – и на физически неподготовленных велолюбителей, и на опытных райдеров, серьезно увлекающихся спортом.

Электрические «железные кони» Pedego оснащаются компонентами ведущих мировых брендов – электродвигателями мощностью до 600 Вт и литий-ионными аккумуляторами: первые обеспечивают им максимальную скорость до 33 км/ч при движении на чистой электротяге, а вторые – пробег до 65 км (все зависит от условий эксплуатации и местности).

Электробайки этой американской марки уже успели зарекомендовать себя в качестве современной и надежной техники с привлекательным классическим дизайном внешнего вида, которая имеет один существенный недостаток – высокая цена (особенно по сравнению с идентичными моделями российских производителей).

Elbike

Ещё одна российская компания (одна из первых в стране), занимающаяся разработкой, производством и продажей электровелосипедов и ведущая свою деятельность с 2009 года…

Она предлагает недорогие е-байки для взрослых людей, подростков и детей различных классов (городские, складные, дорожные, горные, трековые), а также комплекты для самостоятельной «электрификации» простых велосипедов.

В гамме российского велопроизводителя – электротехника с алюминиевой рамой, приличным навесным оборудованием различных мировых брендов и современной электрической «начинкой» (электромоторы мощностью до 500 Вт и литий-ионные аккумуляторы). Они способны разгоняться до 25-40 км/ч и проезжать до 35-50 км пути на одной зарядке (в зависимости от модификации), а для полного пополнения «баков» требуют 4-6 часов времени.

• Основные преимущества электробайков Elbike – привлекательный дизайн и относительно доступная цена.
• Среди их недостатков – пусть и достаточно производительные, но исключительно китайские электродвигатели и батареи.